CN103066225A - 纯电动汽车动力电池包总成结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车动力电池包总成结构，包括壳体，壳体底部外侧对称设有电池包固定结构，电池包固定结构与车身地板连接，壳体前部处于前地板中部下方，壳体中部处于前地板的中通道下方，壳体后部处于中地板下方，壳体底部内侧设有电池冷却系统，在电池冷却系统上方前部设有前电池模组，在电池冷却系统上方后部设有后电池模组，前电池模组和后电池模组上分别设有电池模组固定结构，该固定结构与电池包固定结构连接，前电池模组和后电池模组间设有电池管理单元。本发明充分利用了电动汽车不装燃油箱之后后座椅下方的空间和前座椅下方可被利用的空间，满足了乘坐空间和电池包离地间隙要求；本发明结构布置合理、固定极为牢靠、装拆方便。

Description

纯电动汽车动力电池包总成结构

技术领域

本发明涉及电动汽车的电池技术，具体地指一种纯电动汽车动力电池包总成结构。 

背景技术

随着能源、环境危机的加剧，研究一种能缓解能源压力、降低环境污染的节能环保汽车就显得尤为必要，因此，纯电动汽车应运而生。传统汽车零部件众多，在不大幅改动车身结构的情况下，用于安装动力电池的空间十分有限，有的纯电动汽车将动力电池包放在前舱或放在行李箱，这两种方式都使得汽车前轴或后轴的负载过高，造成前后轴分布不均。因电池包重量大、体积大、温度高等特点，目前，纯电动汽车的动力电池包多布置在车身地板下方，但是众多、散乱的电池单体如何排布，以及电池包结构、车身地板结构和电池固定点结构如何设计都是面临的技术难题；另外，电池布置在地板下方，乘坐空间和离地间隙很难同时兼顾，电池包空间多得不到充分利用，电池单体成组过于多样化，模组固定困难，电池冷却困难，电池包密封困难。 

发明内容

本发明的目的是，针对上述问题提供一种纯电动汽车动力电池包总成结构，使得该结构的部件布局合理、能实现可靠固定与拆卸方便。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纯电动汽车动力电池包总成结构，包括壳体，所述壳体底部外侧对称设有电池包固定结构，所述电池包固定结构与车身地板连接，所述壳体前部处于前地板中部下方，所述壳体中部处于前地板的中通道下方，所述壳体后部处于中地板下方，所述壳体底部内侧设有电池冷却系统，在所述电池冷却系统上方的壳体前部设有前电池模组，在所述电池冷却系统上方的壳体后部设有后电池模组，前电池模组和后电池模组上分别设有 电池模组固定结构，所述电池模组固定结构与电池包固定结构连接，所述前电池模组和后电池模组间设有电池管理单元。 

本发明将电池包布置在前、中地板下方，在前、后座椅的坐垫下方设置电池模组，并利用前地板中通道下方空间布置电池管理单元，这一布置方式充分利用了电动汽车不装燃油箱之后后座椅坐垫下方的空余空间和前座椅坐垫下方的可被利用的空间，满足了乘坐空间和电池包离地间隙的要求；整个电池包通过高强度的电池包固定结构固定在车身地板上，布置在电池包前部和后部的电池模组通过电池模组固定结构固定在壳体底部，处于壳体内的电池模组固定结构与处于壳体外的电池包固定结构相连接，从而使得电池模组最终固定在电池包固定结构上，而此电池包固定结构与车身地板直接连接，因此使得整个电池包及其内部结构均得到牢靠稳固的固定；另外，电池冷却系统设置在电池模组的下方，因电池模组的固定点连接电池包固定结构，电池模组主要靠电池包固定结构承重，从而电池模组的重量并非压在电池冷却系统上，该结构设计合理、冷却效果好；本发明的壳体结构设计实现了有限空间的极大利用，且结构简单、密封效果好；本发明的结构布置合理、固定方式好、装拆方便。 

进一步地，所述电池包固定结构包括固定在壳体底部外侧的支架本体，所述支架本体上固定连有多个吊耳结构，所述吊耳结构与车身地板上的纵梁连接。装载有电池系统的壳体通过其底部外侧的支架本体和支架本体上的吊耳结构与车身地板连接起来，而固定在车身地板的纵梁上则能提高固定点的可靠性。 

进一步地，所述电池模组固定结构包括覆盖在前电池模组或后电池模组顶部的盖板和分别设置在电池冷却系统左右两侧的冷却系统固定板，所述冷却系统固定板底部设有多块连接板，所述前电池模组或后电池模组的左右端面上分别设有挡板，所述盖板、挡板、冷却系统固定板，及相应连接板的一端间连有长螺栓，所述连接板的另一端与壳体及电池包固定结构间连有螺栓。电池模组通过覆盖在其上的盖板、其底端两侧的冷却系统固定板，以及贯穿盖板和冷却系统固定板 的长螺栓固定在壳体底部，进而固定在电池包固定结构，这种内外固定结构相结合的固定方式提高了整体结构固定的牢靠性。 

进一步地，所述前电池模组由两个横置平放的电池模组单体并排组成，所述后电池模组由两个横置侧立的电池模组单体并排组成，所述四个电池模组单体大小一致，各电池模组单体由相同数目的电池单体按相同的连接方式连接而成。电池模组单体大小一样，电池单体在电池模组内的固定方式统一，使得电池固定方式简单、电池能量密度高、安装拆卸方便。 

进一步地，所述电池冷却系统包括设置在前电池模组下方的前本体和设置在后电池模组下方的后本体，所述后本体上连有进水管，所述前本体上连有出水管，所述前本体和所述后本体间连有过水管，所述前本体和所述后本体内设置蛇形过水水冷片。冷却水流先流向后电池模组下方，再流过前电池模组下方，是因为后电池模组竖放，其在运转时散发的热量更为集中，温度更高，所以先对其进行冷却。 

再进一步地，所述吊耳结构的断面呈“Z”字形，吊耳结构的顶面和底面分别开有螺孔，所述吊耳结构的两侧设有竖直往下延伸的吊耳翻边，所述吊耳结构的底面固定在所述支架本体底侧，所述吊耳结构的顶面固定在纵梁上。吊耳翻边用于提高吊耳结构自身结构的强度。 

更进一步地，所述支架本体为从壳体底部前端延伸至壳体底部后端的长条形梁式结构，所述支架本体底部设有支架翻边，所述支架翻边上开有若干缺口，所述吊耳结构固定在缺口处的支架本体上。支架翻边用于提高支架本体自身的强度，而支架翻边上的缺口为吊耳结构在支架本体上的固定留出空间，使得吊耳结构与支架本体间的连接更为密实。 

优选地，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体的顶面呈两头高中间低的台阶状，所述上壳体底部敞口且底沿设有上翻边，所述下壳体顶部敞口且顶沿设有下翻边，所述下翻边上开有环形凹槽，所述凹槽内设有密封圈，所述密封圈突出于所述下翻边的上表面，所述 上翻边和所述下翻边固定连接。上壳体的结构设计与其上方的地板下方构造进行配合而形成两头高中间低的台阶状，从而最大程度地利用地板下方的可利用空间；下翻边凹槽内的密封圈用于提高上下壳体间的密封性。 

优选地，所述上翻边的外沿向下弯折，且上翻边的后部高于前部，所述下翻边的后部相应高于前部。上翻边外沿处的弯折边，有利于上壳体与下壳体间的贴合固定，防止上壳体滑动错位；而上翻边和下翻边的后部均高于前部是为了保证上下壳体间的搭接线始终处于整个壳体侧壁的中间位置，从而有利于吊耳结构的安装。 

进一步优选地，所述盖板为中部带有减重孔的平板结构，所述盖板的侧沿设有翻边，所述盖板的左右两端分别开有螺孔，所述螺孔内连有所述长螺栓。盖板侧沿的翻边有利于盖板在电池模组上的固定。 

更进一步优选地，所述长螺栓下端突出处对应的壳体上设有沉台，所述沉台下方对应的电池包固定结构上设有过孔，所述沉台嵌于所述过孔内。壳体上设置与长螺栓底端突出处相配合的沉台，使得连接板与壳体，及壳体与电池包固定结构之间的贴合更为紧密。 

附图说明

图1为动力电池包壳体结构示意图。 

图2为图1中下壳体上的密封凹槽结构示意图。 

图3为图1中上、下翻边贴合处的断面结构示意图。 

图4为动力电池包在车身地板下方的安装状态结构示意图。 

图5为支架本体的安装状态结构示意图。 

图6为下壳体底部外侧两个电池包固定结构的布置示意图。 

图7为电池包固定结构的爆炸图。 

图8为电池冷却系统在下壳体内的布置示意图。   

图9 为电池冷却系统与电池模组位置关系示意图。 

图10为电池冷却系统及其两侧的冷却系统固定板结构示意图。 

图11为图10的爆炸图。 

图12为冷却系统本体结构示意图。 

图13为电池冷却系统的冷却水过水路线示意图。 

图14为动力电池包内部总成结构示意图。 

图15为电池单位及由多个电池单位组装而成的电池模组单体结构示意图。 

图16为电池模组在车身地板下方布置结构示意图。 

图17为动力电池包与前、后座椅的位置关系示意图。 

图18为动力电池包总成结构示意图。 

图19为下壳体上的电池模组固定结构的结构示意图。 

图20为电池模组固定结构与支架本体的连接关系示意图。 

图21为长螺栓与环境件的连接关系断面结构示意图。 

图22为电池包固定结构与电池模组固定结构的位置关系示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。 

如图1所示，一种纯电动汽车动力电池包总成结构，包括壳体1，壳体1的整体结构形状近似为长方体，所述壳体1包括上壳体101和下壳体102，所述上壳体101的顶面呈两头高中间低的台阶状，且上壳体101后部顶面高于前部顶面，上壳体101的侧壁与上壳体101的顶面间的夹角≥91.5°，保留至少1.5°的倾角是为成型脱模之用，所述上壳体101底部敞口且底沿设有上翻边1011。所述下壳体102的底面为平面，下壳体102的侧壁与下壳体102的底面间的夹角≥91.5°，所述下壳体102顶部敞口且顶沿设有下翻边1021，所述下翻边1021上开有环形凹槽1022，所述凹槽1022内设有胶条密封圈12，所述密封圈12突出于所述下翻边1021的上表面（如图2），所述上翻边1011和所述下翻边1021上均匀开有螺纹孔1023，上翻边1011和下翻边1021由螺栓固定连接，此时，密封圈12在螺栓拧紧后处于压紧状态，另外，凹槽1022设置在下翻边1021的中间位置，其在布置螺纹孔1023的地方向内侧弯折，避让螺纹孔1023，而螺纹 孔1023设置在凹槽1022外侧，能更好地密封；所述上翻边1011的外沿向下弯折（如图3），用于安装时卡在下翻边1021上定位，且上翻边1011的后部高于前部，所述下翻边1021的后部相应高于前部。安装完成后，上、下壳体101，102形成一个密闭的腔体，装载到车身地板下方，能够防水防尘；壳体1采用含有碳纤维的高分子复合材料，有较高的硬度。下壳体102厚度为5mm，有一定的承重能力，能抵抗石头的撞击，上壳体101厚度为3mm，用于包裹和密封。 

如图4所示，下壳体102底部外侧左右对称设有两个相同的电池包固定结构2，电池包固定结构2采用高强度的钢板材料，所述电池包固定结构2包括固定在下壳体102底部外侧的支架本体201，所述支架本体201为从下壳体102底部前端一直延伸至后端的长条形梁式结构，支架本体201与下壳体102间用八个螺栓实现贴合固定，以保证支架本体201与下壳体102有足够大的连接面积（如图5），所述支架本体201底部设有支架翻边2011，所述支架翻边2011的前部、中部，及后部位置各开有一个缺口2012，各缺口2012处的支架本体201上连有向上方伸出的吊耳结构202，缺口2012用于保证吊耳结构202与支架本体201之间的连接，所述吊耳结构202的断面呈“Z”字形，吊耳结构202的顶面和底面分别开有两个螺孔，所述吊耳结构202的两侧设有竖直往下延伸的吊耳翻边2021，吊耳翻边2021用来提高结构强度，所述吊耳结构202的底面由两个螺栓固定在所述支架本体201底侧支架翻边2011上的缺口2012处（如图6和图7），所述吊耳结构202的顶面由两个螺栓固定在车身地板纵梁11上，因此，通过下壳体102底部各侧三个吊耳结构202实现了电池包在车身地板下方的固定。其中，左前吊耳结构、左中吊耳结构与前地板左内纵梁相连，左后吊耳结构与中地板左内纵梁相连，右前吊耳结构、右中吊耳结构与前地板右内纵梁相连，右后吊耳结构与中地板右内纵梁相连，整个电池包的壳体1前部处于前地板中部下方，壳体1中部处于前地板的中通道下方，壳体1后部处于中地板下方。另外，壳体1前部的吊耳结构与中部的吊耳结构相同，而后部的吊耳结构与其前的吊 耳结构设计原理相同，只因其与车身安装点位置偏高而致该后部的吊耳结构高度较大，又为避让上、下壳体101,102的搭接翻边，结构上稍做调整；支架本体201上除开有供自身固定和吊耳结构202固定所用的螺孔外，还开有方形过孔14，为避让电池包下壳体102上的沉台13所用。 

如图8所示，所述下壳体102底部内侧设有水冷式电池冷却系统3，电池冷却系统3的上表面为平板结构，在所述电池冷却系统3上方的壳体1前部设有前电池模组4，在所述电池冷却系统3上方的壳体1后部设有后电池模组5（如图9），所述前电池模组4和后电池模组5间的壳体1中部设有电池管理单元7（如图14）。水冷式电池冷却系统3，一般包括冷却部分、散热部分和水泵三个部分，本发明的电池冷却系统3专指冷却部分。所述电池冷却系统3包括冷却系统本体，即：设置在前电池模组4正下方的前本体301和设置在后电池模组5正下方的后本体302，所述后本体302上连有进水管303，所述前本体301上连有出水管304，所述前本体301和所述后本体302间连有过水管305。过水管305在电池模组下方的设计成扁平状，在非电池模组区域的呈圆管状（如图10,图11）；前本体301和后本体302为吸热处，其内设计为片状水冷片306，为多个管路并联，在两端转弯，总体上呈多个“S”形对接状，即水流在前本体301和后本体302内呈蛇形流动过水状态，水流从进水管303流入的冷水，依次经过左前扁平管、左中圆管、左后扁平管流进后本体302，再从后本体302穿过右中圆管流到前本体301，最后经出水管304流出（如图12）。沿着箭头所示方向，冷却水流先从左侧进水管303流向后本体302，再从右侧过水管305流向前本体301，最后从出水管304流出，虚线为水冷片306内水的总体流向（如图13）。 

如图14所示，所述前电池模组4由两个横置平放的电池模组单体401并排组成，所述后电池模组5由两个横置侧立的电池模组单体401并排组成，所述四个电池模组单体401大小一致，四个电池模组单体401均由相同数量的电池单位402（block）组装而成(如图15)， 而各电池单位402是由三个电池单体并联构成，每个电池模组的电池单位402数量不得超过28个，否则电池管控单元受到损坏，电池单位402的数量优选26个。电池模组固定方式统一，排列有条理，电池能量密度高，电池安装拆卸方便，在同样多的电池单体布置上达到最简化的目的。另外，前两个电池模组固定在壳体1前部且布置在前座椅坐垫15下方，后两个电池模组固定在壳体1后部且布置在后座椅坐垫16下方，电池管理单元7固定在壳体1中部且布置在后排乘客脚踏下方（如图16和图17），从而，充分利用了电动车不装燃油箱之后后座椅坐垫16下方的空闲空间和前座椅坐垫15下方的可被利用的空间，满足了乘坐空间和离地间隙的要求，并能做到电池包整体宽度相同，与地板匹配设计容易。相应地，电池管理单元7上方的上壳体101顶面中间位置设有凸台17，凸台17上布置有检修开关18；电池包的前端布置有水管接头19和电缆线接头20（如图18），另外，电池包内还布置有高压线路和低压线路等构件。 

如图19，图20所示,前电池模组4和后电池模组5上分别设有电池模组固定结构6，四个电池模组单体401通过四个电池模组固定结构6实现其在电池包内的固定，现以其中一个进行说明，所述电池模组固定结构6包括覆盖在电池模组单体401顶部的盖板601和分别设置在电池冷却系统3左右两侧的冷却系统固定板602，所述盖板601为中部带有减重孔的平板结构，所述盖板601的侧沿设有翻边6011，所述盖板601的左右两端分别开有两个螺孔，所述冷却系统固定板602上开有过孔，且其底部设有多块连接板8，所述连接板8的两端各开有一个螺孔。电池模组单体401的左右端面上分别设有挡板9，该左、右挡板9上各开有两个竖向的通孔。四个长螺栓10分别从上往下依次穿过所述盖板601上的螺孔、挡板9上的通孔、冷却系统固定板602上的过孔，及相应连接板8一端的螺孔，最后用螺帽将长螺栓10紧固在连接板8的该端（如图21）；所述连接板8的另一端与下壳体102及下壳体102外侧的支架本体201间连有螺栓，即：电池模组固定结构6通过连接板8与电池包固定结构2连接起来，从而使 得电池膜组承载在电池包固定结构2上而不致压在其下方的电池冷却系统3上，另外，电池包壳体1为高分子复合材料，电池包固定结构2为高强度钢板，显然，电池模组固定到电池包固定结构2上，其固定更为牢固可靠。其中，固定电池模组的长螺栓10不是直接固定到电池包固定结构2的支架本体201上，而是通过连接板8再与支架本体201固定，目的是考虑到电池模组的装配顺序是电池包固定结构2先与电池包固定到一起后再安装电池模组的；每个电池模组固定结构6通过四个长螺栓10实现固定，即：各电池模组单体401是通过其上的盖板601和四根长螺栓10固定到电池包底部的基座上的。 

如图22所示，所述长螺栓10下端突出处对应的下壳体102上设有方形沉台13，所述沉台13下方对应的支架本体201上设有方形过孔14，所述沉台13嵌于所述过孔14内；电池冷却系统3左右两侧各设有两块冷却系统固定板602，电池包前部的两个电池模组固定结构6同一侧的长螺栓10穿过同一块冷却系统固定板602，电池包后部的两个电池模组固定结构6也如此（如图19）。冷却系统固定板上602的孔为自身固定用孔和固定电池模组用过孔。 

Claims (11)

1.一种纯电动汽车动力电池包总成结构，包括壳体（1），其特征在于：所述壳体（1）底部外侧对称设有电池包固定结构（2），所述电池包固定结构（2）与车身地板连接，所述壳体（1）前部处于前地板中部下方，所述壳体（1）中部处于前地板的中通道下方，所述壳体（1）后部处于中地板下方，所述壳体（1）底部内侧设有电池冷却系统（3），在所述电池冷却系统（3）上方的壳体（1）前部设有前电池模组（4），在所述电池冷却系统（3）上方的壳体（1）后部设有后电池模组（5），前电池模组（4）和后电池模组（5）上分别设有电池模组固定结构（6），所述电池模组固定结构（6）与电池包固定结构（2）连接，所述前电池模组（4）和后电池模组（5）间设有电池管理单元（7）。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述电池包固定结构（2）包括固定在壳体底部外侧的支架本体（201），所述支架本体（201）上固定连有多个吊耳结构（202），所述吊耳结构（202）与车身地板上的纵梁（11）连接。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述电池模组固定（6）结构包括覆盖在前电池模组（4）或后电池模组（5）顶部的盖板（601）和分别设置在电池冷却系统（3）左右两侧的冷却系统固定板（602），所述冷却系统固定板（602）底部设有多块连接板（8），所述前电池模组（4）或后电池模组（5）的左右端面上分别设有挡板（9），所述盖板（601）、挡板（9）、冷却系统固定板（602），及相应连接板（8）的一端间连有长螺栓（10），所述连接板（8）的另一端与壳体（1）及电池包固定结构（2）间连有螺栓。

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述前电池模组（4）由两个横置平放的电池模组单体（401）并排组成，所述后电池模组（5）由两个横置侧立的电池模组单体（401）并排组成，所述四个电池模组单体（401）大小一致，各电池模组单体（401）由相同数目的电池单体按相同的连接方式连接而成。

5.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述电池冷却系统（3）包括设置在前电池模组（4）下方的前本体（301）和设置在后电池模组（5）下方的后本体（302），所述后本体（302）上连有进水管（303），所述前本体（301）上连有出水管（304），所述前本体（301）和所述后本体（302）间连有过水管（305），所述前本体（301）和所述后本体（302）内设置蛇形过水水冷片（306）。

6.根据权利要求2所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述吊耳结构（202）的断面呈“Z”字形，吊耳结构（202）的顶面和底面分别开有螺孔，所述吊耳结构（202）的两侧设有竖直往下延伸的吊耳翻边（2021），所述吊耳结构（202）的底面固定在所述支架本体（201）底侧，所述吊耳结构（202）的顶面固定在纵梁（11）上。

7.根据权利要求2或6所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述支架本体（201）为从壳体（1）底部前端延伸至壳体（1）底部后端的长条形梁式结构，所述支架本体（201）底部设有支架翻边（2011），所述支架翻边（2011）上开有若干缺口（2012），所述吊耳结构（202）固定在缺口（2012）处的支架本体（201）上。

8.根据权利要求1所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述壳体（1）包括上壳体（101）和下壳体（102），所述上壳体（101）的顶面呈两头高中间低的台阶状，所述上壳体（101）底部敞口且底沿设有上翻边（1011），所述下壳体（102）顶部敞口且顶沿设有下翻边（1021），所述下翻边（1021）上开有环形凹槽（1022），所述凹槽（1022）内设有密封圈（12），所述密封圈（12）突出于所述下翻边（1021）的上表面，所述上翻边（1011）和所述下翻边（1021）固定连接。

9.根据权利要求8所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述上翻边（1011）的外沿向下弯折，且上翻边（1011）的后部高于前部，所述下翻边（1021）的后部相应高于前部。

10.根据权利要求3所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述盖板（601）为中部带有减重孔的平板结构，所述盖板（601）的侧沿设有翻边（6011），所述盖板（601）的左右两端分别开有螺孔，所述螺孔内连有所述长螺栓（10）。

11.根据权利要求3或10所述的纯电动汽车动力电池包总成结构，其特征在于：所述长螺栓（10）下端突出处对应的壳体（1）上设有沉台（13），所述沉台（13）下方对应的电池包固定结构（2）上设有过孔（14），所述沉台（13）嵌于所述过孔（14）内。

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